É necessária uma assinatura da JoVE para visualizar este conteúdo.  Faça login ou comece sua avaliação gratuita.
Electrophoretic Mobility Shift Assay (EMSA)
  • 00:00Visão Geral
  • 00:37Principles of EMSA
  • 02:34Protein and Gel Preparation
  • 03:42Binding, Electrophoresis, and Detection
  • 04:58Applications
  • 06:36Summary

תוחם ניידות אלקטרופורטית (EMSA)

English

COMPARTILHAR

Visão Geral

בדיקת משמרות ניידות אלקטרופורטית (EMSA) הוא הליך ביוכימי המשמש לביאור כריכה בין חלבונים וחומצות גרעין. בבדיקה זו תערובת של חומצת גרעין עם תווית רדיו וחלבון בדיקה. הכריכה נקבעת באמצעות אלקטרופורזה ג’ל המפרידה בין רכיבים המבוססים על מסה, מטען וקונפורמציה.

וידאו זה מציג את המושגים של EMSA והליך כללי, כולל הכנת ג’ל וחלבון, כריכה, אלקטרופורזה וזיהוי. יישומים המכוסים בסרטון זה כוללים ניתוח של אנזימים לשיפוץ כרומטין, EMSA שונה המשלב ביונטינילציה, ומחקר של אתרים מחייבים של רגולטורים תגובה חיידקית.

EMSA, תפילת הניידות האלקטרופורטית, הידועה גם בשם בדיקות הזזת ג’ל, היא הליך ביוכימי רב-תכליתי ורגיש. EMSA מדרכת כריכה בין חלבונים וחומצות גרעין על ידי זיהוי שינוי ברצועות באלקטרופורזה של ג’ל.

סרטון וידאו זה מתאר את העקרונות של EMSA, מספק הליך כללי, ודן ביישומים מסוימים.

שכפול DNA, שעתוק ותיקון, כמו גם עיבוד RNA הם כולם תהליכים ביוכימיים קריטיים. כולם כרוכים בכריכה בין חלבונים וחומצות גרעין. מחלות והפרעות חמורות רבות קשורות לשינויים בכריכה זו. EMSA היא טכניקה לקביעת איכות אם חלבון מסוים נקשר לחומצת גרעין ספציפית. ראשית, חומצת הגרעין מסומנת, בדרך כלל עם זרחן רדיואקטיבי-32, כדי ליצור בדיקה. ואז חלבון הבדיקה וחפצת גרעין מעורבבים. כאשר חלבון נקשר לבדיקת חומצת גרעין, לתסביך המתקבל יש מסה גדולה יותר וקונפורמציה שונה מחומצת הגרעין בלבד.

לאחר כבול, המתחמים מנותחים עם אלקטרופורזה ג’ל. בטכניקה זו, שדה חשמלי מאלץ מקרומולקולים לעבור דרך מטריצת ג’ל. הרכיבים נפרדים בהתבסס על מסה, טעינה וקונפורמציה. אלקטרופורזה יכולה להפריד בין קומפלקסים של חלבון-דנ”א לבדיקות לא מאוגדות. מכיוון שיש להם מסות וקונפורמציות שונות, הם יעברו דרך הג’ל בקצבים שונים וינפרדו. ההפרדה מזוהה בקלות, הודות לנוכחות של הזרחן הרדיואקטיבי, ומוכיחה שהחלבון נקשר בהצלחה לחומצת הגרעין הנתונה. כדי לאמת את זיהוי החלבון, “בדיקה על-גופית” משתמשת בנוגדן בעל זיקה ידועה לחלבון. יש לכך יתרון נוסף של הסטה נוספת של הרזולוציה המורכבת וההולכת וגדלה.

עכשיו שראינו את העקרונות, בואו נראה את זה במעבדה.

כדי להתחיל את ההליך, החלבון חייב להיות מבודד. כדי לעשות זאת, טכניקות ביולוגיה מולקולרית משמשות כדי לבטא את החלבון בתאים, ולאחר מכן לטהר.

חומצת הגרעין מוגברת ומסומנת כדי ליצור בדיקה. תיוג נעשה באמצעות דגירה במשך 10 דקות עם dCTP המכיל זרחן רדיואקטיבי-32. יש צורך בכס עבודה בטוח לקרינה וציוד מגן.

לאחר מכן מכינים את הג’ל. הג’ל צריך להיות לא denaturing, כדי למנוע את החלבון משינוי קונפורמציה ואולי להתיר מן הבדיקה במהלך אלקטרופורזה. ג’ל Polyacrylamide יש גדלי נקבוביות של 5 עד 20 ננומטר והם שימושיים עבור בדיקות קצרות עד 100 זוגות בסיס אורך. ג’לים אגרוז יש גדלי נקבוביות של 70-700 ננומטר והם שימושיים עבור בדיקות גדולות יותר.

עם החלבון וחומצת הגרעין מוכנה כעת, אנו ממשיכים בכריכה. פתרון חיץ TRIS מוכן ואת החלבון ואת הבדיקה מתווספים. ה- pH צריך להיות דומה לתנאים פיזיולוגיים, וריכוז מלח מספיק כדי למנוע מהחלבון ליצור קשרים חלשים עם חומצות גרעין שאינן ממוקדות. התגובה ממשיכה במשך 20-30 דקות ב 4 °C (50 °F).

השלב הבא הוא אלקטרופורזה. מאגר של חוזק יוני נמוך ו- pH דומה לזה המשמש בתגובת האיגוד מנוצל. היא מניבה “אפקט הזדקנות” המייצב מתחמים, מגביר את הניידות ומפחית את ייצור החום. לאחר אלקטרופורזה, רכיבי הג’ל מועברים על נייר מסנן. בחדר חשוך, נייר הסינון נחשף לאחר מכן לסרט. אם החלבון נקשר לגשוש, שני אזורים מסומנים נפרדים יהיו גלויים בהעברה. אחד המייצג את המתחם, ואחד נפרד המייצג את הבדיקה הלא מאוגדת. ההפרדה מדגימה כי החלבון קשור בהצלחה לחומצת הגרעין.

עכשיו שראינו את ההליך הבסיסי, בואו נסתכל על כמה יישומים.

כרומטין הוא קומפלקס צפוף של DNA וחלבונים שנמצאו תאים אאוקריוטים. אנזימי שיפוץ כרומטין משנים את המבנה כדי לפתוח את הדנ”א לתעתיק. כמו זה משנה את הניידות של המתחם, EMSA יכול לשמש כדי לחקור את הפעילות המחייבת של האנזים.

גישה חלופית לתיוג מנצלת את האינטראקציה בין DNA לבין האנזים מתיל-רנספראז. קופקטור יכול להיות שונה כדי להיקשר לצמיתות לדנ”א באמצעות מתילטרנספראז. במקום תיוג עם זרחן-32, קופקטור הוא מצומד ביוטין, וזה יתרון כי זה לא רדיואקטיבי. מכיוון שהשופץ הוא ספציפי לאתר בקובץ המצורף שלו, הוא רלוונטי לגנוטיפינג, זיהוי מתילציה ואספקת גנים. חומצות הגרעין הביוטיליטיות מזוהות באמצעות פלואורסצנטיות אולטרה סגולה.

כאשר גירויים סביבתיים להפעיל קינאז היסטידין, “רגולטור תגובה” הוא זרחן. זה בתורו נקשר לדנ”א, המשפיע על שעתוק, אשר ניתן ללמוד על ידי EMSA. לדוגמה, רגולטור תגובה Desulfovibrio וולגריס הוכח להיקשר לגן של עניין. EMSA שימש כדי לוודא שהאיגוד התקיים.

הרגע צפית בסרטון של ג’וב על משמרת הניידות האלקטרופורטית. כעת עליך להבין את עקרונות הפעולה שלו, את השלבים בהליך שלה ואת הפרמטרים העיקריים של ההפעלה.

תודה שצפיתם!

Procedimento

בדיקת משמרות ניידות אלקטרופורטית (EMSA) הוא הליך ביוכימי המשמש לביאור כריכה בין חלבונים וחומצות גרעין. בבדיקה זו תערובת של חומצת גרעין עם תווית רדיו וחלבון בדיקה. הכריכה נקבעת באמצעות אלקטרופורזה ג’ל המפרידה בין רכיבים המבוססים על מסה, מטען וקונפורמציה. וידאו זה מציג את המושגים של EMSA והליך כללי, כול…

Declarações

No conflicts of interest declared.

Transcrição

EMSA, the electrophoretic mobility shift assay, also known as the gel shift assay, is a versatile and sensitive biochemical procedure. EMSA elucidates binding between proteins and nucleic acids by detecting a shift in bands in gel electrophoresis.

This video describes the principles of EMSA, provides a general procedure, and discusses some applications.

DNA replication, transcription, and repair, as well as RNA processing are all critical biochemical processes. They all involve binding between proteins and nucleic acids. Many serious diseases and disorders are associated with modifications in this binding. EMSA is a technique for qualitatively determining whether a specific protein binds to a specific nucleic acid. First, the nucleic acid is labeled, usually with radioactive phosphorus-32, to create a probe. Then the test protein and nucleic acid probe are mixed. When a protein binds to a nucleic acid probe, the resulting complex has greater mass and a different conformation than the nucleic acid alone.

Once bound, the complexes are analyzed with gel electrophoresis. In this technique, an electric field forces macromolecules to migrate through a gel matrix. The components separate based on mass, charge, and conformation. Electrophoresis can separate protein-DNA complexes from unbound probes. Since they have different masses and conformations, they will migrate through the gel at different rates and separate. The separation is easily detected, thanks to the presence of the radioactive phosphorus, and proves the protein successfully binds to the given nucleic acid. To verify the identification of the protein, a “supershift assay” uses an antibody with a known affinity to the protein. This has the added benefit of further shifting the complex, increasing resolution.

Now that we’ve seen the principles, let’s see it in the lab.

To begin the procedure, the protein must be isolated. To do this, molecular biology techniques are used to express the protein in cells, and then purify.

The nucleic acid is amplified and labeled to create a probe. Labeling is done through incubation for 10 min with dCTP containing radioactive phosphorus-32. A radiation-safe workbench and protective equipment are required.

The gel is then prepared. The gel needs to be non-denaturing, to prevent the protein from altering conformation and potentially unbinding from the probe during electrophoresis. Polyacrylamide gels have pore sizes of 5 to 20 nm and are useful for short probes up to 100 base pairs in length. Agarose gels have pore sizes of 70-700 nm and are useful for larger probes.

With the protein and nucleic acid probe now prepared, we proceed to binding. A TRIS buffer solution is prepared and the protein and probe are added. The pH should be similar to physiological conditions, and salt concentration sufficient to prevent the protein from forming weak bonds with non-target nucleic acids. The reaction proceeds for 20-30 min at 4 °C.

The next step is electrophoresis. A buffer of low ionic strength and a pH similar to that used in the binding reaction is utilized. It yields a “caging effect” that stabilizes complexes, increases mobility, and reduces heat generation. After electrophoresis, the components of the gel are transferred onto filter paper. In a dark room, the filter paper is then exposed to film. If the protein binds to the probe, two distinct labeled regions will be visible in the transfer. One representing the complex, and a separate one representing the unbound probe. The separation demonstrates that the protein successfully bound to the nucleic acid.

Now that we’ve seen the basic procedure, let’s look at some applications.

Chromatin is the tightly packed complex of DNA and proteins found eukaryotic cells. Chromatin-remodeling enzymes modify the structure to open the DNA to transcription. As this changes the mobility of the complex, EMSA can be used to explore the binding activity of the enzyme.

An alternate approach to labeling takes advantage of the interaction between DNA and the methyltransferase enzyme. A cofactor can be modified to bind permanently to DNA via methyltransferase. Rather than labeling with phosphorus-32, the cofactor is conjugated to biotin, which is advantageous because it’s not radioactive. Because the cofactor is site-specific in its attachment, it’s relevant to genotyping, methylation detection, and gene delivery. The biotinilated nucleic acids are detected through ultraviolet fluorescence.

When environmental stimuli activate histidine kinases, a “response regulator” is phosphorylated. This in turn binds to DNA, affecting transcription, which can be studied by EMSA. For instance, a response regulator in Desulfovibrio vulgaris was demonstrated to bind to the gene of interest. EMSA was used to verify that the binding took place.

You’ve just watched JoVE’s video on the electrophoretic mobility shift assay. You should now understand its principles of operation, the steps in its procedure, and its major operating parameters.

Thanks for watching!

Tags

Cite This
JoVE Science Education Database. JoVE Science Education. Electrophoretic Mobility Shift Assay (EMSA). JoVE, Cambridge, MA, (2023).

Vídeos Relacionados